DE2651325C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein druckmittelbetriebenes System gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Wenn ein druckmittelbetriebenes System mehrere parallele Arbeitselemente beliefert, so tritt manchmal der Fall auf, wo diese Arbeitselemente große Druckmittelvolumina von der Arbeitspumpe anfordern. Dabei kann es passieren, daß die Arbeitselemente mehr Druckmittel anfordern als die Pumpe aufgrund ihrer Kapazität zu liefern vermag. In solchen Situationen wird bzw. werden eines oder mehrere der Arbeitselemente mehr Druckmittel anfordern als sie erhalten können, während ein anderes Arbeitselement Druckmittel mit einem sehr hohen Druck benötigt, um unter der vorhandenen Belastung weiterarbeiten zu können. Da das den Arbeits­ elementen zugeführte Druckmittel den Weg des geringsten Wiederstandes läuft, werden die oben zuerst erwähnten, zusätzliches Druckmittel anfordernden Arbeitselemente mit dem erforderlichen Druckmittel beliefert, und zwar auf Kosten der Belieferung des anderen Arbeitelements, welches einen höheren Druck benötigt. Dieses bei mehreren parallelgeschalteten Arbeitselementen auftretende Problem kann dadurch vermieden werden, daß man eine Pumpe mit einer solchen Kapazität vorsieht, daß diese niemals von den Anforderungen der Arbeitselemente überschritten wird. Würde man jedoch ein Arbeits- oder Nutzfahrzeug in dieser Weise konstruieren, so bedeutet dies einen beträchtlichen Verlust an Material, Zeit und Arbeit, und zwar sowohl bei der Konstruktion wie auch der Wartung und der Handhabung der sich ergebenden großen Arbeitspumpe. Die unzweckmäßig große Pumpe würde ferner ein beträchtliches Zusatzgewicht für das Fahrzeug bedeuten und einen erhöhten Brennstoffverbrauch nach sich ziehen.

Aus der DDR-Patentschrift 81 576 ist bereits eine hydraulische Steuerschaltung für Kranantriebe oder dgl. bekannt. Der Zweck dieser hydraulischen Steuerschaltung ist darin zu sehen, eine hydraulische Steuerschaltung zu schaffen, die für Maschinen und Anlagen in der Fördertechnik, im Bauwesen oder auch in anderen Industriezweigen allgemein verwendbar ist und mit der eine größere Sicherheit erreicht wird sowie eine erhebliche Leistungssteigerung durchführbar ist. Ferner soll diese Steuerschaltung derart ausgebildet sein, daß ein Vorsteuer­ system nach dem Ruhestromprinzip größte Sicherheit gewähr­ leistet, insbesondere bei Rohrbrüchen Schaden vermeidet, eine lastabhängige Gechwindigkeit im Hubsinn und Senksinn garantiert und bei Überlast rechtzeitig abschaltet. Der durch diese Patentschrift bekanntgewordene Stand der Technik wurde bei der Formulierung des neu vorgelegten Hauptanspruchs berücksichtigt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein druckmittelbetriebenes System gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart auszubilden, daß für alle Betriebszustände ein effizienter, sicherer Betrieb ohne Verwendung einer zu groß ausgelegten Arbeitspumpe möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei dem System gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Maßnahmen vor. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß dann, wenn die Arbeitselemente mehr Druckmittel anfordern als die Kapazität der Arbeitspumpe zu liefern vermag, die tatsächlichen Anforderungen der Arbeitselemente automatisch übersteuert werden, um den sicheren Betrieb des Systems aufrechtzuerhalten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben; in der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei­ spiels eines erfindungsgemäßen Systems mit einer Vielzahl von Arbeitspumpen, deren jede erste und zweite Arbeitsdruckmittelkreise mit einer Vielzahl von parallelen Arbeitselementen beliefert,

Fig. 2 eine schematische, weilter ins Einzelne gehende An­ sicht eines der Arbeitsdruckmittelkreise der Fig. 1 mit einem anderen Ausführungsbeispiel der Steuerele­ mente.

Gemäß Fig. 1 besitzt ein druckmittelbetriebenes Systems, vor­ zugsweise ein Hydrauliksystem 10, eines Arbeitsfahrzeugs 12 eine Kraftquelle 14, beispielsweise einen Motor, die mit einer Steuerpumpe 16 und einer oder mehreren eine veränder­ bare Verdrängung aufweisenden hydraulischen Arbeitspumpen 18, 20 verbunden ist, um Steuersignale und hydraulisches Strömungsmittel zu liefern. Das Hydrauliksystem 10 besitzt einen oder mehrere Arbeitsdruckmittelkreise, z. B. Hydrau­ likkreise 22, 24, die durch die Steuerpumpe 16 und die Kraftquelle 14 beliefert werden.

Jeder Hydraulikkreis 22, 24 besitzt eine mit veränderbarer Verdrängung arbeitende Arbeitspumpe 18, 20, eine zugehörige Pumpensteueranordnung 26, 28 und eine Vielzahl unterschied­ licher Arbeitselemente 30, 32 und 34, 36.

Fig. 2 zeigt einen der Hydraulikkreise 22 mehr ins Einzelne gehend. Die Elemente der ersten und zweiten Hydraulikkreise 22, 24 gleichen einander, und es wird deshalb aus Gründen der Kürze nur der erste Hydraulikkreis 22 beschrieben.

Jeder Hydraulikkreis, siehe in Fig. 2 - der Hydraulikkreis 22 - besitzt eine Vielzahl von Arbeitselementen 30, 32, die mit dem Auslaß der Arbeitspumpe 18 verbunden sind. Jedes der Arbeitselemente 30, 32 besitzt ein Steuerventil 39, 40.

Jedes der Steuerventile 38, 40 besitzt ein druckkompensier­ tes Mengenregelventil 42 und ein Strömungsrichtungssteuer­ element 44. Die Steuerventile 38, 40 (vgl. Fig. 2) sind in dem hydraulischen Strömungsmittelstrom angeordnet, der von der Arbeitspumpe 18 zu dem entsprechenden Arbeitselement 30, 32 läuft. Ventilelement eines jeden der Steuerventile 38, 40 sind zwischen ersten und zweiten Stellungen bewegbar, um selektiv die Ventilauslässe im wesentlichen zu öffnen und zu schließen. Jedes Steuerventil 38, 40 wird infolge der ent­ sprechenden Vorsteuerdrucksignale geöffnet und geschlossen, wobei diese Vorsteuerdrucksignale durch entsprechende Lei­ tungen 46, 47 und 48, 49 von einem entsprechenden Vorsteuer­ ventil geliefert werden. Die Vorsteuerventile 50, 52 und die Steuerventile 38, 40 und ihre Funktionen sind in der Technik bekannt.

Die Erfindung sieht insbesondere folgendes vor. Erste (Ab­ fühl-) Mittel 54 zum Abfühlen des Arbeitsdrucks der Pumpe 18 und zur entsprechenden Lieferung eines Arbeitsdrucksignals. Zweite (Abfühl-) Mittel 56 verbunden mit der Vielzahl paral­ leler Arbeitselemente 30, 32 zum Zwecke des Abfühlens des Lastdruckes jedes Arbeitselementes 30, 32 und zur Lieferung eines Lastsdrucksignals entsprechend dem größten der abge­ fühlten Lastdrücke. Das Arbeitsdrucksignal wird über Leitung 58 und das Lastdrucksignal wird über Leitung 60 geleitet.

Ein als Druckbegrenzungsventil 62 ausgebildetes druckbegren­ zendes Ventilmittel ist erfindungsgemäß durch Leitungen 64, 66 mit der Steuerpumpe 16 und den Vorsteuerventilen 50, 52 verbunden, und zwar zur gesteuerten Änderung der Größe des Vorsteuerdrucksignals von der Steuerpumpe 16, und zum Zwecke der Lieferung eines resultierenden Drucksignals (Vorsteuer­ druck) "W" über Leitung 66 an die Vorsteuerventile 50, 52.

Das Druckbegrenzungsventil 62 besitzt einen zwischen im we­ sentlichen offenen und geschlossenen Stellungen beweglichen Kolben 68 zur Änderung des Vorsteuerdrucksignals. Der Kolben 68 wird infolge einer vorgewählten Vorspannkraft und des Lastdrucksignals unter Gegenwirkung des Auslaßdrucksignals erfindungsgemäß bewegt. Die Leitung 70 ist mit Leitung 60 und mit dem Druckbegrenzungsventil 62 in Verbindung, um das Lastdrucksignal von Leitung 60 an das Druckbegrenzungsventil 62 zu liefern. Das Druckbegrenzungsventil 62 ist mit der Leitung 58 verbunden, um das Arbeitsdrucksignal zu empfan­ gen. Das Vorspannelement oder die Feder 72 des Ventils 62 sieht die Vorspannkraft vor.

Steuerdruck-Steuermittel 74 sind erfindungsgemäß vorgesehen, um die Größe des Steuerdrucksignals zu ändern, und um ein resultierendes Signal "X" zur Steuerung der entsprechenden Arbeitspumpe 18 zu liefern. Der von der Steuerpumpe 16 erzeugte Vorsteuerdruck wird infolge einer vorgewählten Vorspannkraft und eines Lastdrucksignals geändert, und zwar unter Entgegenwirkung durch ein Arbeitsdrucksignal. Die Steuermittel 74 sind mit dem Auslaß der Arbeitspumpe 18 über Leitungen 76 und 78 und mit dem Lastdrucksignal über Leitung 80 verbunden. Die Steuerdruck-Steuermittel 74 sind ein Ven­ til von ähnlicher Konstruktion wie das Druckbegrenzungsven­ til 62 und besitzen Vorspannmittel, wie beispielsweise eine Feder 82, um die vorgewählte Vorspannkraft vorzusehen.

Jede der mit veränderbarer Verdrängung arbeitenden Arbeits­ pumpen 18 besitzt eine bewegliche Schwenkscheibe 84 zur Steuerung der Strömungsmittelabgaberate der Pumpe 18, wobei die entsprechenden Pumpensteueranordnungen 26 ein Servoven­ til 86 aufweisen, um ein Drucksignal zu empfangen und die Schwenkplatte 84 infolge des empfangenen Signals zu bewegen. Die eine veränderbare Verdrängung aufweisenden Arbeitspumpen mit zugehörigen Servoventilen sind in der Technik bekannt.

Im oben beschriebenen System wird das Signal "X" an das Ser­ voventil 86 geliefert, um infolgedessen die Abgabe der Ar­ beitspumpe 18 zu steuern.

Dritte Steuerdruck-Steuermittel 88 sind im Hydrauliksystem 10 zur Änderung der Größe eines Signals vorgesehen und zur Lieferung eines resultierenden Signals "Y" zur Steuerung von einer oder mehreren der Arbeitspumpen 18, 20. Beim Ausfüh­ rungsbeispiel gemäß Fig. 2 ändern die dritten Steuerdruck- Steuermittel 88 das Vorsteuerdrucksignal infolge einer vor­ gewählten Vorspannkraft, der durch ein Drucksignal entgegen­ gewirkt wird, welches auf die Leistungsabgabe der Leistungs­ quelle 14 anspricht. Dieses Drucksignal wird den dritten Steuerdruck-Steuermitteln 88 über Leitung 96 zugeführt. Der Arbeitsdruck der Arbeitspumpe, der eine Funktion der Lei­ stungsabgabe der Kraftquelle 14 ist, wird an die dritten Steuerdruck-Steuermittel 88 geliefert, um der Vorspannkraft entgegenzuwirken; das Arbeitsdrucksignal wird über eine Leitung 94 geliefert.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 fühlen die dritten Steuerdruck-Steuermittel die Leistungsabgabe der Kraftquelle 14 ab und erzeugen infolgedessen ein Signal und ändern in steuerbarer Weise die Größe des entstandenen Signals infolge einer Vorspannkraft, welche dem Signal entgegenwirkt, und wobei ferner ein resultierendes Signal "Y" von den dritten Steuerdruck-Steuermitteln 88 über Leitungen 98, 100 an die entsprechenden Pumpensteueranordnungen 26, 28 der entspre­ chenden Arbeitspumpen 18, 20 geliefert wird. Beim Ausfüh­ rungsbeispiel gemäß Fig. 1 können die dritten Mittel bei­ spielsweise ein Summierventil sein, wie dies in der Technik bekannt ist.

Wie bereits oben erwähnt, können die dritten Mittel 88 zur Steuerung einer einzigen Arbeitspumpe oder einer Vielzahl von Arbeitspumpen verwendet werden.

Das Hydrauliksystem 10 kann einen oder eine Vielzahl von Arbeitsdruckmittelkreisen 22, 24, jeder verbunden mit einer gesonderten Arbeitspumpe 18, 20, aufweisen. Jede Ar­ beitspumpe 18, 20 kann durch ein resultierendes Signal "X" oder durch ein resultierendes Signal "Y", wie oben abgehan­ delt, gesteuert werden.

Bei einem in Fig. 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsbei­ spiel besitzt jeder Kreis 22, 24 vierte Steuerdruck-Steuer­ mittel 102 zum Abfühlen der zugehörigen Signale "X" und "Y" der entsprechenden Leitungen 98, 100 und zur Lieferung der größten der abgefühlten Signale als ein resultierendes Si­ gnal "Z" zur Steuerung der entsprechenden Arbeitspumpen 18, 20. Die vierten Steuerdruck-Steuermittel können, wie ge­ zeigt, ein Paar von Rückschlagventilen 106, 108 sein. Die Signale "X" oder "Y" oder "Z" werden an das Servoventil 86 geliefert, um die zugehörige Schwenkplatte 84 vorzuspannen und um die Strömungsmittelabgaberate der Arbeitspumpe, wie bekannt, zu steuern.

Beim Betrieb des erfindungsgemäßen Systems wird das Servo­ ventil 86 einer Pumpe durch ein resultierendes Drucksignal "X" oder "Y" oder "Z" vorgespannt, um die Abgaberate der Pumpe durch die Schwenkscheibe zu steuern. In jedem Ausfüh­ rungsbeispiel wird die Pumpensteueranordnung ferner indirekt durch das Druckbegrenzungsventil 62 gesteuert, welches er­ findungsgemäß das Vorsteuerdrucksignal infolge eines Ar­ beitsdrucksignals ändert, und zwar unter der Gegenwirkung seiner vorgewählten Vorspannkraft und dem größten Lastdruck­ signal der Arbeitselemente.

Bei Betriebsbedingungen, wo die Kapazität der Arbeitspumpen die Strömungsmittel- und Druck-Anforderungen sämtlicher Ar­ beitselemente befriedigen, steuern die verschiedenen Steuer­ elemente der Erfindung den Betrieb der Pumpe so, um automa­ tisch diese Anforderungen zu erfüllen.

Bei bekannten druckmittelbetriebenen Systemen sind die Arbeitselemente parallel geschaltet, weshalb das Strömungs­ mittel von der Pumpe aus dem Weg des geringsten Widerstandes folgen wird. Wenn daher die Arbeitselemente Strömungsmittel mit einer Rate anfordern, die größer ist als die Abgabekapa­ zität der Arbeitspumpe, und eines der Arbeitselemente sich unter starker Belastung befindet, so wird das andere Ar­ beitselement den Weg des geringsten Widerstandes für das Strömungsmittel vorsehen, wobei Strömungsmittel selektiv zu diesem Element fließen wird und sich Strömungsmitteldruck nicht auf einen Wert aufbauen kann, der ausreicht, um das Element, welches sich unter starken Lastbedingungen befin­ det, zu betätigen.

Dieses Problem wird durch die vorliegende Erfindung gelöst, ohne daß Arbeitspumpen vorgesehen werden müssen, welche eine übermäßig große Abgabekapazität bezüglich der Kapazität be­ sitzen, die üblicherweise bei üblichen Betriebsbedingungen erforderlich ist.

Wenn der Hydraulikzylinder sich der maximalen Kapazität der Arbeitspumpe nähert und die Arbeitselemente mehr Strö­ mungsmittel anfordern als sie empfangen, so bewirkt das größte Lastdrucksignal von Element 30 die Änderung des Vor­ steuerdrucksignals durch das Druckbegrenzungsventil 62 und das sich ergebende Drucksignal "W" wird infolge des Last­ drucksignals erfindungsgemäß verringert. Dies bewirkt in der Tat, daß die durch jedes Vorsteuerventil 50, 52 gemachten Anforderungen "übersteuert" werden. Obwohl ein Vorsteuerven­ til, beispielsweise das Vorsteuerventil 50, maximale Strö­ mungsmittelmenge signalisieren kann, bewirkt das Absenken des Signals "W", daß die Vorsteuersignale von jedem Vorsteu­ erventil 50, 52, die durch die entsprechenden Leitungen 46, 47 und 48, 49 laufen, geändert werden, um in steuerbarer Weise durch Steuerventile 38, 40 das an die Arbeitselemente 30, 32 lieferbare Strömungsmittel zu reduzieren. Wenn daher das an das Arbeitselement 32 gelieferte Strömungsmittel in­ folge des verminderten Arbeitssignals "W" abnimmt, ist die Arbeitspumpe in der Lage, den erforderlichen Strömungsmit­ teldruck an das Arbeitselement 30 für dessen Betrieb zu liefern.

Durch diesen erfindungsgemäßen Aufbau des Systems wird der Nachteil der Verbindung von Arbeitselementen in Parallel­ schaltung überwunden, während gleichzeitig ein unnötiger Verbrauch (an Material und Energie und dgl.) vermieden wird, der dann auftreten würde, wenn man eine Pumpe vorsieht, die für den größten Teil der Zeit unterhalb der maximalen Kapazität betrieben wird.

Eine weitere Steuerung für die Arbeitspumpen wird durch die verschiedenen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele vorge­ sehen, welche resultierenden Signale "X", "Y", und "Z" als Steuerdrucksignale für das Servoventil, wie oben bemerkt, in Kombination mit der Steuerung verwenden, die durch Ändern des Vorsteuerdrucksignals "W" vorgesehen ist.

Claims (5)

1. Druckmittelbetriebenes System für ein Arbeitsfahrzeug mit einer Vorsteuerdruckmittel liefernden Steuerpumpe (16), die mit der Kraftquelle des Arbeitsfahrzeugs ver­ bunden ist, mit mindestens einem Arbeitsdruckmittelkreis mit einer eine veränderbare Verdrängung aufweisenden Ar­ beitspumpe (18), die mit einer Pumpensteuerung für die Ar­ beitspumpe (18), mit Vorsteuerventilen (50, 52) zur Betätigung einer Vielzahl von Arbeitselementen (30, 36) mit Steuerventilen (38, 40), mit einer den größten der Lastdrücke an den Arbeitselementen abgreifenden Einrich­ tung (56), und mit druckbegrenzenden Ventilmitteln (62), dadurch gekennzeichnet, daß die druckbegrenzenden Ventilmittel ein Druckbegrenzungsven­ til (62) aufweisen, das in der zu den Vorsteuerventilen (50, 52) führenden Vorsteuerleitung (64, 66) angeordnet ist, daß das Druckbegrenzungsventil (62) den Vorsteuer­ druck (W) in Abhängigkeit einerseits von einer Feder (72) und dem in gleicher druckvermindernder Richtung wirkenden größten der abgegriffenen Lastdrucksignale und andererseits dem in entgegengesetzter Richtung wirkenden Arbeitsdruck der Arbeitspumpe (18) begrenzt.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je­ der Arbeitsdruckmittelkreis (22, 24) Steuerdruck-Steuer­ mittel (74) aufweist, welche den Steuerdruck (X) für die Steuerung der entsprechenden Arbeitspumpe (18) ausgehend von dem von der Steuerpumpe (16) erzeugten Vorsteuer­ druck abhängig von einer Vorspannkraft und dem Last­ drucksignal einerseits und dem von der Arbeitspumpe (18) erzeugten Arbeitsdruck andererseits einstellen, wobei der Steuerdruck (X) an ein Servoventil (86) einer Pum­ pensteueranordnung (24) anlegbar ist.

3. System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens zwei gleichartige Ar­ beitsdruckmittelkreise (22, 24) mit der Steuerpumpe (16) verbunden sind.

4. System nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch zweite Steuerdruck-Steuermittel (88), die die Größe des Steuer­ drucks (Y) für die Steuerung jeder Arbeitspumpe (18, 20) ausgehend von dem von der Steuerpumpe (16) erzeugten Vorsteuerdruck abhängig von einer Vorspannkraft unter Gegenwirkung durch die Arbeitsdrücke der Arbeitspumpen (18, 20) einstellen, wobei der Steuerdruck (Y) an ein Servoventil (86) einer Steueranordnung (26) für die Arbeitspumpe (18) anlegbar ist.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dritte Steuerdruck-Steuermittel (102) vorgesehen sind, um die sich ergebenden Steuerdrücke (X und Y) abzufühlen und den größten der abgefüllten Steuerdrücke als ein re­ sultierendes Signal (Z) zur Steuerung der entsprechenden Arbeitspumpe (18, 20) an das Servoventil (86) zu lie­ fern.